广州地铁线网内移动式架车机同步计数方式的比较分析及优化方法

唐义，邓文平，王进奇，李岳（广州市地下铁道总公司，广东广州510000）

广州地铁线网内移动式架车机同步计数方式的比较分析及优化方法

唐义，邓文平，王进奇，李岳
（广州市地下铁道总公司，广东广州510000）

根据广州地铁现有移动式架车机，通过分析两种同步计数方式的的原理特点及出现的故障，总结两种不同计数方式的优缺点并提出优化方案，为后续移动式架车机设计提供设计参考。

移动式架车机；同步计数方式；接近开关；旋转编码器

移动式架车机，用于将车辆举升，对车辆的转向架或车底部件进行检修作业，是城市轨道交通车辆检修的重要设备之一。为了保证列车的架车安全，架车机在架车过程中的同步升降功能是整个设备的技术核心，同步计数方式作为同步升降功能的直接控制方式，直接关系整台架车机的使用安全。

1　同步计数方式的两种方式

根据广州地铁的使用经验，在国内外的架车机行业中所采用的同步计数方式主要有两种，分别是接近开关-旋转编码盘模式和旋转编码器模式。

根据表1可以看到，其同步控制结构分为两种，一号线、广佛线、八号线Neuero移动式架车机采用接近开关-旋转编码盘计数方式。其原理为在每台架车机丝杆顶部（一号线）或底部（广佛线）丝杆轴承座位置安装旋转编码盘，旋转编码盘设置有凹凸槽，接近开关通过凹凸槽检测脉冲信号进行同步控制。

表1　广州地铁各线路移动式架车机同步计数方式统计表

2　风险分析

接近开关-旋转编码盘计数模式：当丝杆旋转时安装在丝杆轴承座的旋转编码盘同轴旋转，计算的是丝杆的实际转速。风险在于，需要注意接近开关感应距离，当感应距离过小时，传感器和旋转编码盘产生位置干涉，导致传感器损坏；当感应距离过大时（每款传感器都有相应的感应距离要求），传感器无法检测到脉冲信号，导致系统报同步故障。如图1所示。

图1　接近开关-旋转编码盘模式现场图

旋转编码器计数模式：三号线、八号线移动式架车机旋转编码器安装在丝杆顶端，在升降过程中通过编码器联轴节将丝杆的旋转运动传递给编码器，并通过编码器触发脉冲经过PLC高速计算模块处理，计算出托头实际高度值。五号线移动式架车机旋转编码器安装在电机顶端，在升降过程中通过编码器联轴节将电机的旋转运动传递给编码器。如图2所示。

图2　旋转编码器模式现场图

2013年9月广州地铁三号线移动式架车机8#架车机在三编组群组上升架车过程中，8#架车机托头高度超过其他架车机100mm左右，系统未提示同步故障。

通过现场试验发现，第二组（5#、6#、7#、8#）架车机在起升过程中接触器出现多次吸合断开动作，在30 s时间段内，8#架车机起升高度超过其他三台架车机50mm。超过系统允许同步误差极限值（20mm），系统未提示同步故障，未自动停机。

根据移动式架车机原理可知，架车机工作时减速机带动丝杆旋转，螺母随着丝杆的旋转带动架车托头上下运动，进而带动车辆举升、下降动作。在三号线移动式架车机丝杆顶端安装有旋转编码器，在升降过程中通过联轴节将丝杆的旋转运动传递给编码器，并通过编码器触发脉冲经过PLC高速计算模块处理，计算出托头实际高度值，三组架车机群组操作时，系统对12台架车机的高度值进行比较，若比较差值超过8mm，系统进行自动调节（系统调节），调节方式为高度值大的架车机停止动作等待高度值小的架车机，当同步误差消除时，群组继续动作[1]。

该次故障在上升过程中8#架车机在显示屏的显示的高度值小于其余架车机高度值，接触器出现多次吸合断开动作，检查发现8#架车机编码器联轴器已经松动。其故障原因是编码器联轴节松动，旋转编码器检测的数据与丝杆实际旋转的数据不一致，PLC系统判断8#架车机高度值偏小，5#、6#、7#架车机停止动作等待8#架车机上升至系统检测同步误差值已消除，再同步群组上升，但根据实际测量发现8#架车机实际高度已经远远大于系统检测高度，最终导致架车倾斜。如图3所示。

图3　三号线移动式架车机同步控制程序段

五号线移动式架车机也采用旋转编码器计数方式，同样存在因旋转编码器联轴节松动或断裂导致PLC系统出现计数误差的风险，同时，因该架车机旋转编码器安装在电机顶端，其实际测量数据为电机转速，当电机与丝杆之间的联轴节出现断裂或松脱时，同样会造成PLC系统检测编码器数据出现偏差。如图4、图5所示。

图4　旋转编码器安装在电机顶部

由表2分析可得出结论，当旋转编码器安装在电机顶端时，同步控制风险最大。

表2　移动式架车机同步计数方式风险点分析

3　控制精度分析

从控制精度角度分析，移动式架车机在设计时要求其同步升降误差不得超过一定范围，同步计数方式的精度直接影响整台架车机的同步升降误差值。以三号线和一号线两台架车机所采用的旋转编码器和接近开关-旋转编码盘的具体参数为例，分析两者的同步控制精度。

（1）三号线

旋转编码器测量精度：1 600P/r；

丝杆导程16mm；

每个脉冲所反映的高度值=丝杆导程/旋转编码器测量精度=16/ 1 600=0.01mm。

（2）一号线

丝杆旋转一圈接近开关触发次数：16次；

丝杆导程：16mm；

每个脉冲所反映的高度值=丝杆导程/丝杆旋转一圈接近开关触发次数=16/16=1 mm。

图5　旋转编码器安装在丝杆顶部

由上述计算可以发现，采用旋转编码器的同步计数方式精度远高于接近开关方式。旋转编码器精度较高的原因由其内部结构决定。以广州地铁五号线使用的欧姆龙E6A2-C系列旋转编码器为例分析，如图6所示，该编码器由发光元件、受光元件、光检测器、旋转板组成，当输入轴旋转的同时，带动写入光学图案的旋转板转动，通过两处狭缝的光就会相应地被透过、遮断。这种光通过与各自的狭缝相对的受光元件转换为电流，通过波形整形后，成为矩形波输出[2]。而接近开关-旋转编码盘的结构原理是，在旋转编码盘设置若干个孔径相同的孔槽，旋转编码盘安装在丝杆轴承套上或者是丝杆上端，接近开关固定在旋转编码盘可触发的距离范围内，当电机带动丝杆旋转动作时，旋转编码盘跟随丝杆旋转动作，触发接近开关产生脉冲信号。当旋转编码盘的孔槽越多，该脉冲反馈装置的精度也越高。

图6　旋转编码器原理示意图

4　优化方法

对于采用旋转编码器方式的移动式架车机，建议在PLC程序中增加同步调整次数限制条件，防止计数出现偏差时，系统一直处于同步调整状态导致架车倾斜。

图7显示的是西门子S7PLC系统同步计数次数限制的一种方法，利用S_CU计数器，在CU端设置计数器触发条件，即调整条件；CV_BCD端设置计数器被触发次数，记录在MW236存储器中，B端设置计数器复位条件[3]。再利用CMP命令将MW236存储器中的数据与CMP命令比对条件设置的2次进行比对，当MW 236中的数据大于或等于2的时候，CMP命令触发，PLC输出调节次数报警，设备停止运行。当操作人员检查设备状态正常时，可通过触发S-CU计数器R端设置的复位条件。计数器恢复初始值0，调节次数报警解除[4]。

通过以上方式，可有效地解决因旋转编码器计数出现误差导致架车倾斜的风险。

图7　调节次数报警功能

5　结论

根据本文上述分析可以得出结论：从风险控制角度分析，接近开关-旋转编码盘方式安装结构稳定，安装难度低，维护方便；旋转编码器方式对编码器安装的同心度要求较高，维护时需定期检查编码器联轴节状态，维护较为麻烦。从控制精度分析，旋转编码器和接近开关-旋转编码盘两种方式均能满足移动式架车机技术要求。综上所述，在后续配置的移动式架车机设备建议采用接近开关-旋转编码盘的同步计数方式。对于已经采用旋转编码器方式的移动式架车机，建议在PLC程序中增加同步调整次数限制条件，防止计数出现偏差时，系统一直处于同步调整状态导致架车倾斜。

［1］广州地铁公司.广州地铁三号线移动式架车机使用说明书［Z］.2008.

［2］温殿忠，赵晓锋.传感器原理及其应用［M］.北京：科学出版社，2013.

［3］刘华波，何文雪，王雪.西门子S7-300/400 PLC编程与应用［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［4］吴作明，杜明星.深入浅出西门子STEP［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2012.

(编辑：王智圣)

The SynchronousCounting M ode Com parative Analysisand Optim izing M ethod of Guangzhou Subway In-Network M obile Car Lifting M achine

TANGYi，DENGWen-ping，WANG Jin-qi，LIYue
（Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou510440，China）

Thisarticle combined with Guangzhoumetroexisting car lifting jack，by analyzing the two synchronizationmethodsof counting principles and faults.Summarized the advantages and disadvantages of two different counting methods and proposed optimization program，provided a reference for the car lifting jack design.

car lifting jack；synchronous countingmethod；proximity switch；encoder

U231.94

B

1009－9492(2015)04－0145－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.039

2014－11－26

唐义，女，1987年生，安徽池州人，大学本科，工程师。研究领域：城市轨道交通专用设备维修。已发表论文1篇。